铝合金作为一种重要的有色金属结构材料,在民用和国防领域具有不可替代的地位。不过铝合金同其他金属一样,越来越多的受到无机材料和高分子材料的冲击,这必然对铝合金的性能和使用领域提出新的要求,要大力发展新型铝合金。稀土铝合金正是发展出的一种性能优良、极有前景的新型铝合金。本论文以稀土铝合金的形成焓和缺陷问题为主要研究内容,以对宏观热力学模型—Miedema模型的应用、改进、评价及与其他计算方法的比较为研究主线,通过Miedema模型、神经网络、第一原理等方法对稀土铝合金中热力学性质特别是形成焓及缺陷问题进行了全面、系统的论述和研究,得到以下主要研究结论：1.通过运用Miedema模型和Toop几何模型研究了Er在含硅铝合金中的热力学行为。计算了Al-Si-Er三元合金及其相关二元系各组元的活度、混合焓、过剩熵与过剩自由能,其混合焓、过剩熵与过剩自由能在整个浓度范围内均为负值,各组元活度计算结果相对于理想熔体有较大的负偏差,说明Er与A1及Si原子都有很强的相互作用。结合Al-Er, Si-Er二元相图,计算了Al3Er, Er5Si3相的形成能,Al3Er和Er5Si3的形成能均为负值,且Er5Si3形成能比Al3Er更负,因而铒加入含硅铝合金中优先与硅生成Er5Si3相,过剩的铒才与铝生成Al3Er相,这一结论已通过Al-Mg-Si-Er合金凝固过程时中出现的大量鱼骨状初生共晶组织α(Al)+Er5Si3得到验证。2.运用Miedema模型和几何模型计算了Al-Ni-RE (RE=Ce, La,Y)合金及其相关二元系的非晶形成范围。Al-Ni-RE (Ce, La, Y)三元系的非晶形成范围极为相近,其相关二元系的非晶形成范围也几乎一致。计算结果与实验报道的非晶形成范围符合的很好。计算了Al-Ni-RE (Ce, La, Y)合金的混合焓和错配熵,Al-Ni-RE (Ce, La, Y)三元系的混合焓主要在-5--45kJ/mol,名义错配熵范围为0.1-0.9,富铝角附近则为0.1-0.3。这都表明Al-Ni-RE (Ce, La, Y)合金具有良好的非晶形成能力。焓变的计算结果表明三种合金系的非晶形成能力遵循顺序为GFAAl-Ni-Y> GFAAl-Ni-La> GFAAl-Ni-Ce,这一推论与实验观测一致。3.运用BP学习规则的神经网络模型,建立了形成焓和一些物理因素(电负性差异、电子密度差异、原子尺寸差异和价电子原子比e/a值)之间的关系,成功地预测了Al2X型金属间化合物的形成焓。通过ANN模型揭示了Al2X型金属间化合物形成焓的一些规律,形成焓与电化学因素之间的关系较为明显,即随着电负性差异的增加而减小。ANN模型的计算值和实验值符合的很好,在预测精度上优于Miedema模型,不过其缺点是不能清晰的描述研究对象的物理本质。4.针对Miedema模型预测精度上的问题,提出了一个改进Miedema模型来预测二元过渡族合金体系的形成焓。模型中提出了一个新的原子尺寸因子,能够更加合理的考虑了两个不同过渡族金属的原子尺寸差异对形成焓的影响。改进的模型简单易行,而且精度更好、物理解释更为合理,能够克服现有的部分改进模型物理解释上遇到的困难。5.运用Miedema模型计算了Al-X(Sc,Er,Zr,Li)四种二元系的形成焓,Al-Sc和Al-Er二元系形成焓较为接近,这暗示着Sc和Er在A1合金中可能有相似的冶金化学作用。结合空位形成理论,计算了Al-X(Sc,Er,Zr,Li)四种二元金属间化合物系AxBy在全成分范围内的单空位形成能,X元素的空位形成能要高于Al元素的空位形成能,说明在Al-X(Sc,Er,Zr,Li)二元金属间化合物中更易形成Al空位,这一结论与第一原理的计算结果一致。6.通过第一原理计算的Al3X(Sc,Er,Zr,Li)基本组元及其金属间化合物的晶格常数、体模量、形成焓等参数与实验结果符合的很好。通过对Al3X金属间化合物点缺陷问题的研究,画出了Al3X的成键电荷密度图,揭示了Al3Sc金属间化合物的Sc dz2-Al pz轨道杂化效应。Al3Zr的成键电荷密度与Al3Sc相近,表现为明显的Zr4d-Al3p杂化,其轨道杂化复杂程度高于Al3Sc。7.通过第一原理计算了Al3X(Sc,Er,zr,Li)金属间化合物的表面结构。Al3X(Sc,Er,Zr,Li)金属间化合物部分表面具有振荡驰豫和反对称驰豫的特征,其中反对称驰豫由近邻同类原子的静电斥力造成,其结果将产生褶皱,降低表面能,使表面结构更为稳定。计算得到的L12型Al3X金属间化合物表面能(111)最小,(100)次之,(110)最大,这说明(111)表面最为稳定,(100)次之,(110)最不稳定,符合面心立方结构金属表面能的一般规律。D023-Al3Zr金属间化合物表面能(114)最小,(100)和(110)次之,(012)最大,这说明(114)表面最为稳定,(100)和(110)次之,(012)最不稳定,与D023正方结构表面的密排规律一致。8.通过第一原理计算的L12结构的Al3X(Sc,Er,Zr,Li)金属间化合物中Al3Zr表面能最大,Al3Li最小,Al3Sc和Al3Er介于前两者之间且相差不大。这一结果与Miedema模型计算的Al-X (Sc, Er, Zr, Li)二元系的形成焓规律一致,而形成焓在本质上反映了结合能的强弱。这意味着表面能与结合能之间存在重要的正比关系。